使用脉冲化学吸附表征铜催化剂

化学吸附是一种既定的技术,用于使用吸附剂吸附相互作用的化学电位确定活性金属表面积,并且传统上用于表征催化剂金属表面积。

静态测量设备(通常称为体积仪器),如Micromeritics ASAP 2020.或者可以用于在MicroMeritics Autochem 2920中找到的动态流动技术可用于进行化学血散。

如果吸附吸附相互作用是众所周知的,则化学吸附技术可以产生可靠的结果。例如,一氧化碳在用一对一的化学计量中选择性地将铂化上吸收,这意味着一种一氧化碳分子被铂的一种表面原子化学吸附。为了将金属化学脱离,还可​​以使用氢,因为它被解散到铂,即具有两个铂表面原子的一个氢分子化学探索器。

铜催化剂的表征

在铜催化剂的表征中,化学吸附技术尚未被认为是有效的。既不是一氧化碳也没有氢在铜上显示出强烈的化学吸附。表征铜表面区域的经典方法采用氧化亚氮的分解以选择性地将表面铜原子氧化成Cu2o与两个铜表面原子的一个氧原子的化学计量6,7.,使用以下反应:

样品预处理涉及在200-300℃的温度范围内使用流动的氢表面减少1-2小时,然后将样品冷却至分析温度(60-90℃)并引入氧化亚氮的脉冲选择性地氧化铜表面。从该反应中演化的氮气已经使用导热探测器(TCD)传统上测量。

脉冲化学吸取

本文中提供的示例涉及脉冲10%n的混合物2O在氦气上的铜中,在沸石基材上负载。进化的峰值2(图1A)使用TCD测量。图1b显示了进化的累积量2。IPA / LN2冷陷阱用于去除任何未反应的n2O.

该表征的一个有趣特征是催化需要反应 - 两种相邻铜原子的网站要求。如图1所示,n的前七个脉冲2O与90%的铜表面原子反应。需要额外的四个脉冲(11总计)以获得95%的表面覆盖率,并且需要九个另外的脉冲(20个总量)达到99%的覆盖率(表1)。这种铜表征的苛刻性质是几乎所有化学反应的特征,需要多于一个催化位点。

将进化的氮与非反应二氮氧化物分离是脉冲技术的具有挑战性方面之一。使用TCD仅限于确定一种气体浓度的变化。进化的氮通常与n分开2o使用冷陷阱(液体氩气,干冰纤溶,或异丙醇/液体n2泥泞)。这些是用于测量进化的氮气的着名和广泛接受的方法,但采用陷阱限制实验者只能访问50%的可用信息。应注意,这是一种用于催化剂表征的反应性技术,可用于监测氧化亚氮耗尽以及氮产生。

质谱仪(MS)和Autochem 2920的组合提供了能够提供对反应物和产品的连续监测的通用检测器。商业残留气体分析仪通常以不同的格式提供数据。模拟扫描或直方图是最熟悉的模式,其中质谱仪扫描用户定义的质量范围。

然而,监测特定离子(通常称为AMU,原子质量单位)或用户指定离子的分压是脉冲反应最有用和方便的显示模式。这种模式的方便实现是将数据呈现为离子压力与时间,如图2所示。该数据格式与TCD输出非常相似,但提供了监测不同反应物和产品浓度的附加功能。

N2o分解是一种非常简单的反应,证明了质谱仪的效用。质谱仪和TCD信号与进化氮的测量很好,但质谱仪具有确定当反应所需的非氧化亚氧化物的未反应脉冲的额外能力。

可以将几乎所有商业质谱仪产生的数据导入微生物以进行额外的数据减少。

参考和进一步阅读

  1. J.R.Anderson,金属催化剂的结构,p。323,纽约学术出版社(1975年)。
  2. r.m.dell,F.S.石头,和p.f.Tiley,Faraday Society,49,195(1953)的交易。
  3. J.J.F.Spolten和J.A.Kon-Valinka,法拉第协会,65,2465(1960年)的交易。
  4. B. dvorak和J.J.Pesek,催化剂杂志,18,108(1970)。
  5. TH.J.乌斯纳,B.G.linsen和w.p.van Beek,Cataly-Sis,7,277(1967)。
  6. K. Narita,N. Takezawa,H. Kobayashi和I. Toyoshima,ReacoSogima,动力学和催化剂,19,91(1982)。
  7. T.S.国王,W.J.Goretzke和B.C.Gerstein,催产杂志,107,583(1987)。

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